文档介绍：流化床干燥塔实验
一、实验目的
固体干燥是利用热能使固体物料与湿分分离的操作。在工业中,固体干燥有多种方法。其中以对流干燥方法,应用最为广泛。对流干燥是利用热空气或其它高温气体介质掠过物料表面,介质向物料传递热能同时物料向介质中扩散湿分,达到去湿之目的。对流干燥过程中,同时在气固两相间发生传热和传质过程,其过程机理颇为复杂。并且,对流干燥设备的型式又多种多样。因此,目前对干燥过程的研究仍以实验研究为主。
干燥过程的基础实验研究是测定固体湿物料的干燥曲线,临界湿含量和干燥速度曲线等基础数据。
本试验采用流化床干燥器,以热空气为干燥介质,以水为湿分,测定固体颗粒物料(硅胶球形颗粒)的干燥曲线和干燥速度曲线,以及临界点和临界湿含量。通过实验掌握对流干燥的实验研究方法,了解流化床干燥器的主要结构与流程,以及流态化干燥过程的各种性状,并进而加深对干燥过程原理的理解。
二、实验原理
在流化床干燥器中,颗粒状湿物料悬浮在大量的热空气流中进行干燥。在干燥过程中,湿物料中的水分随着干燥时间增长而不断减少。在恒定空气条件(即空气的温度、湿度和流动速度保持不变)下,实验测定物料中含水量随时间的变化关系。将其标绘成曲线,即为湿物料的干燥曲线。湿物料含水量可以湿物料的质量为基准(称之为湿基),或以绝干物料的质量为基准(称之为干基)来表示:
当湿物料中绝干物料的质量为mc,水的质量为mw时,则
以湿基表示的物料含水量为
kg (水) / kg (湿物料) (1)
以干基表示的湿物料含水量为
kg (水) / kg (绝干物料) (2)
湿含量的两种表示方法存在如下关系:
(3)
(4)
在恒定的空气条件下测得干燥曲线如图1所示。显然,空气干燥条件的不同干燥曲线的位置也将随之不同。
W
kg (水) / kg (绝干物料)
W
kg (水) / kg (绝干物料)
图3-1 干燥曲线图3-2 干燥速度曲线
物料的干燥速度即水分汽化的速度。
若以固体物料与干燥介质的接触面积为基准,则干燥速度可表示为
kg · m –2· s –1 (5)
若以绝干物料的质量为基准,则干燥速度可表示为
s –1或kg (水) · kg –1(绝干物料) ·s –1 (6)
式中:mc - 绝干物料的质量,kg;
A - 气固相接触面积,m2;
W - 物料的含水量kg (水) · kg –1 (绝干物料);
t - 气固两相接触时间,也即干燥时间,s。
由此可见,干燥曲线上各点的斜率即为干燥速度。若将各点的干燥速度对固体的含水量标绘成曲线,即为干燥速度曲线,如图2所示。干燥速度曲线也可采用干燥速度对自由含水量进行标绘。在实验曲线的测绘中,干燥速度值也可近似地按下列差分进行计算:
s –1 (7)
从干燥曲线和干燥速度曲线可知,在恒定干燥条件下,干燥过程可分为如下三个阶段:
(1)物料预热阶段当湿物料与热空气接触时,热空气向湿物料传递热量,湿物料温度逐渐升高,一直达到热空气的湿球温度。这一阶段称为预热阶段,如图3-1和图3-2中的AB段。
(2)恒速干燥阶段由于湿物料表面存在液态的非结合水,热空气传给湿物料的热量,使表面水分在空气湿球温